Verlusten auf der Spur

In vielen Betrieben werden typischerweise Heizwasser, Dampf oder Luft zur Verfügung gestellt ohne genaue Kenntnis darüber, wo und in welcher Menge diese Medien benötigt werden. Nahezu jeder Produktionsbetrieb verfügt über ein Druckluftnetz, das jedoch in den seltensten Fällen überwacht und an die tatsächlichen Verbrauchsmengen angepasst wird. Dabei können hier leicht Kosten eingespart werden, wenn die für die Bereitstellung der Druckluft eingesetzten Kompressoren verbrauchsabhängig gesteuert werden. Selbst bei einem Strompreis von unter 10 Cent je Kilowattstunde lohnt sich eine Überwachung des Druckluftsystems mit Messtechnik, da die durch Leckagen oder nicht abgerufene Leistung entstehenden Kosten über ein Jahr gesehen schnell fünfstellig werden können. Erst mit einer messtechnischen Erfassung der Verbrauchsmengen kann eine wirkungsvolle Steuerung und Optimierung der Prozesse erfolgen.

Dasselbe gilt auch für Dampf: Neben Heizwasser ist Dampf einer der wichtigsten Energieträger in Anlagen zur Bier- und Getränkeherstellung. Alle wichtigen Produktionsprozesse wie Brauen, Pasteurisieren, Sterilisieren, Waschen oder Reinigen werden durch Dampf oder Heizwasser unterstützt. Die Bereitstellung von Dampf ist jedoch zunächst sehr energieintensiv, die Befeuerung der Kessel erfolgt meist mit fossilen flüssigen Brennstoffen oder Erdgas. Entsprechend ist eine genaue Messung der produzierten Mengen essenziell für eine optimierte Steuerung der Brenner und letztlich einen wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Betrieb der Anlage.

Die Krombacher Brauerei-Gruppe aus Kreuztal-Krombach ist mit einem Ausstoß von rund 6,4 Millionen Hektolitern im Jahr 2008 eine der größten deutschen Privatbrauereien. Die Sorte Krombacher Pils war im gleichen Jahr mit rund 4,6 Millionen Hektolitern die meistgekaufte Pilsmarke Deutschlands. Für ihre Hilfs- und Versorgungsprozesse suchte die Brauerei eine geeignete Messtechniklösung für die Energiebilanzierung. Insgesamt waren drei unterschiedliche Messaufgaben zu lösen. Die Wärmemengenmessung von Warmwasser und Heizwasser, die Messung der Durchflussmengen im Druckluftnetz und die Messung der Durchflussmengen von Dampf. Die Brauerei suchte für diese Messaufgaben einen Komplettlieferanten, der eine Lösung für sämtliche Aufgaben anbieten kann.

Die Messung des Verbrauchs der Wärmemenge einzelner Produktionsbereiche wie Dampferzeuger, CIP-Anlage, Heizkreislauf, Produktion oder Lüftungsanlage erfolgt in zwei voneinander getrennten Heizkreisläufen mit folgenden Bedingungen:

Zur Bestimmung der verbrauchten Wärmemenge ist neben dem Durchfluss des Heizwassers die Temperaturdifferenz vor und nach dem jeweiligen Verbraucher zu messen. Ziel ist die Ermittlung des Einzel- und Gesamtbedarfs an Heizwasser, der dann als Kostenfaktor den einzelnen Abnehmern zugewiesen werden kann.

Krohne lieferte für die Heizwassermessungen insgesamt 16 Ultraschalldurchflussmessgeräte UFM 3030. Für die Temperaturmessung werden pro Installation zwei hochgenaue Temperatursensoren TRA-TF 30 eingesetzt, die für eine kleinstmögliche Abweichung paarweise kalibriert sind. Beide Temperaturmessumformer werden als Zweileitergeräte direkt mit dem UFM 3030 über die analogen Eingänge verbunden und gleichzeitig gespeist. Dieser gibt die momentan verbrauchte Wärmemenge sowie den aufsummierten Verbrauch in Kilojoule oder Kilokalorien pro Zeit aus. Ein separater Wärmerechner ist dazu nicht erforderlich.

An verschiedenen Punkten im Druckluftsystem sollte eine Messung der Durchflussmenge in Normkubikmetern pro Stunde durchgeführt werden. Der Druck im System beträgt 7 bis 8 bar bei Umgebungstemperatur (angenommen wird 20 °C ±10 °C). Ziel ist die Ermittlung von Verbrauchsprofilen und Spitzenverbräuchen für eine verbesserte Kompressorsteuerung. Weiterhin dienen die Messgeräte zur Leckageerkennung. Wenn z.B. an Ruhetagen ein Durchfluss gemessen wird, deutet dies auf eine Undichtigkeit hin. Dazu wurde das Druckluftnetz an verschiedenen Stellen mit Messgeräten ausgerüstet.

Bei den Druckluftmessungen wurden zunächst Überlegungen angestellt, welches Messprinzip am besten geeignet wäre. Hierzu wurden in internen Testmessungen bei Krombacher thermische Massemessgeräte, Wirbelfrequenzdurchflussmessgeräte ohne Druckkompensation und Optiswirl 4070 C mit integrierter Druckkompensation getestet. Der Test zeigte eindeutig, dass selbst die relativ kleinen Druckschwankungen im Druckluftnetz gravierende Auswirkungen auf die Genauigkeit haben und eine Druckkompensation notwendig ist. Da Optiswirl über diese Funktion verfügt und keine zusätzlichen Komponenten wie Drucktransmitter und Auswerteeinheit benötigt werden, ging dieser als Sieger mit der geringsten Abweichung im Vergleich zum Referenzgerät hervor.

Für die Überwachung des Druckluftnetzes und der angeschlossenen Verbraucher wurden insgesamt acht Optiswirl 4070 C mit DN 50 auf die Normbedingungen kalibriert und eingesetzt. Für eine jederzeit präzise Messung müssen die im Netz auftretenden Druck- und Temperaturänderungen bei der Messung berücksichtigt bzw. kompensiert werden, da sich dadurch z. B. die Dichte des Mediums ändert. Das Vortex-Durchflussmessgerät verfügt daher über eine integrierte Druck- und Temperaturmessung sowie einen Rechner, der direkt den korrigierten Volumendurchfluss ausgibt.

An drei Dampfkesseln wird darüber hinaus jeweils die erzeugte Menge an Dampf gemessen. Das Medium hat eine Temperatur von ca. 175 °C bei ca. 8 bar Druck. Ziel war die Ermittlung des Einzel- und Gesamtbedarfs an Dampf, die dann als Kosten den einzelnen Abnehmern zugewiesen werden können. Das Gerät sollte genau sein, da es u.a. als Referenzgerät zu dem Gaszähler vom Energieversorger eingesetzt wird.

Zur Messung der produzierten Dampfmenge wurde pro Dampfkessel ein Opti-swirl 4070 C mit integrierter Druck- und Temperaturmessung installiert. Als Wirbelfrequenzdurchflussmessgeräte messen sie primär den Volumendurchfluss und benötigen eine vorgegebene Dichte, um den Massedurchfluss eines Mediums anzeigen zu können. Auch hier kann das Gerät den gewünschten Parameter direkt ohne externe Recheneinheit ausgeben.

Mit der neu installierten Messtechnik kann die Krombacher Brauerei ihre Hilfs- und Versorgungsprozesse optimal überwachen und steuern. Durch die Positionierung der Messstellen können Verbräuche und damit Kosten den einzelnen Teilbereichen oder Segmenten zugeordnet werden. Für die einzelnen Komponenten können Verbrauchsprofile erstellt werden, dadurch kann die bereitgestellte Menge je nach Bedarf gesteuert werden.

Online-Info www.dei.de/0210439